CZ法與FZ法的差異：矽單晶成長方式比較

大部分矽晶圓，是由以兩種方法之一成長的單晶製成。柴可拉斯基(CZ)法，是讓晶種接觸石英坩堝中熔融的矽，再緩慢拉起。浮融區(FZ)法，是用線圈只熔化多晶矽棒的狹窄範圍，並讓熔融部分沿著棒移動，因此矽不會接觸坩堝。CZ法便宜，可製作大尺寸晶圓。FZ法則能得到純度更高的矽。

項目CZ法FZ法
晶體成長方式讓晶種接觸石英坩堝中熔融的矽，一邊旋轉一邊拉起以高頻線圈熔化多晶矽棒的狹窄範圍，並讓該部分沿著棒移動
與坩堝接觸有。氧從石英溶入熔融液無。氧極少
氧濃度高非常低
純度與電阻率純度較低。電阻率有限(利用磁場的MCZ法可改善)純度非常高，電阻率也非常高
摻雜將摻雜物加入熔融液。濃度在晶錠中會變化氣體摻雜，或藉由中子照射(NTD)達成均勻的磷摻雜
晶圓直徑量產最大300 mm一般約至200 mm。更大的很困難
成本便宜。大型晶錠的生產力佳高
機械強度與吸附雜質氧析出物能提高強度並捕捉金屬雜質(本徵吸附)缺少這些優點，晶圓有時容易破裂
主要用途晶圓的大部分。邏輯、記憶體、太陽能電池高耐壓功率元件(IGBT等)、偵測器、高電阻率RF元件

數值為具代表性的大致參考值，會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

CZ法
主流晶片的標準。能支援最大的晶圓尺寸，也最經濟。
FZ法
高純度與非常高的電阻率，比成本或晶圓尺寸更重要時。主要用於功率元件或感測器。

常見問題

為什麼CZ法最常見？

因為便宜、能製作大型晶錠(量產最大300 mm的晶圓)，且氧析出物能提高強度並捕捉雜質，成為這樣的晶圓。

為什麼FZ法的矽電阻率高？

因為坩堝不接觸矽，幾乎不會混入氧或其他雜質，可得到非常高的純度與電阻率。

什麼是中子轉換摻雜？

對FZ法的矽照射中子，使一部分矽原子變成磷，達成非常均勻的n型摻雜的方法。

FZ法的晶圓用在什麼地方？

IGBT等高耐壓功率元件、偵測器、高電阻率RF元件等。

理解度檢測

以FZ法(浮動區熔法)製作的矽單晶，下列哪一項特徵是正確的？

  1. A最容易大口徑化，是300 mm晶圓的主流製法
  2. B不使用石英坩堝，所以氧等雜質少，容易得到高電阻的晶體
  3. C不需熔化多晶矽即可使其單晶化
查看答案與解析

正確答案：B. 不使用石英坩堝，所以氧等雜質少，容易得到高電阻的晶體

FZ法是以高頻感應加熱將多晶矽棒的一部分熔成帶狀，再移動該熔融區使其單晶化的方法。由於不使用坩堝，氧的混入少，雜質也會集中到熔融區而被去除，因此可得到高純度、電阻率達1000 Ω·cm以上的晶體。它用於高耐壓的功率元件(IGBT等)與偵測器，但大口徑化以CZ法較為容易，FZ法的上限約為200 mm左右。

以CZ法成長的矽晶體中，從坩堝較多地混入的雜質是哪一種？

  1. A金
  2. B氧
  3. C氦
查看答案與解析

正確答案：B. 氧

CZ法是在石英(SiO2)坩堝中熔化矽，因此從坩堝溶出的氧會以約10¹⁸ cm⁻³的濃度進入晶體。氧具有固定差排而提高晶體機械強度的優點，熱處理所形成的析出物也能作為吸附位置，但過多則會造成缺陷與熱施體(thermal donor)。因此會以施加磁場抑制對流的MCZ法等控制其濃度，並依用途決定規格。

在CZ法中，控制晶體拉晶速度與晶體內溫度梯度之比(V/G)，主要目的是哪一項？

  1. A控制進入晶體的點缺陷(空位或間隙矽)的種類與量，以減少晶體缺陷
  2. B改變晶體的顏色
  3. C延長坩堝的壽命
查看答案與解析

正確答案：A. 控制進入晶體的點缺陷(空位或間隙矽)的種類與量，以減少晶體缺陷

由拉晶速度V與界面附近溫度梯度G之比，決定過剩進入晶體的點缺陷是空位還是間隙矽。V/G大時，剩餘的空位聚集成微小空洞(COP)；V/G小時，剩餘的間隙矽則形成差排環。若在兩者恰好平衡的狹窄條件下拉晶，就能得到幾乎沒有任一種缺陷的晶體(完美晶體，perfect silicon)。

  1. 以CZ法製造p型矽晶體時，添加到熔液中的代表性雜質是哪一種？
  2. 對FZ矽照射中子，把部分矽轉變成磷而得到均勻n型的方法是哪一種？
  3. 在CZ法中，對坩堝施加磁場以抑制熔液對流，進而控制氧濃度等的方法是哪一種？

前往矽晶圓的練習題

相關名詞的解說

CZ法(柴可拉斯基法)
將種晶浸入坩堝中熔融的矽，一邊旋轉一邊向上拉引，製成單晶的方法。
FZ法(浮動區熔法)
加熱使多晶矽棒的一部分熔融，並移動該熔融區帶而形成單晶的方法。由於不使用坩堝，氧含量低，適合高電阻率晶圓。
MCZ法(磁場施加CZ法)
在CZ法中對坩堝施加磁場以抑制熔融液對流的方法。較易控制晶體中融入的氧濃度，用於大口徑晶體。

相關的比較